Characterization of the stress response in an invasive species Drosophila suzukii
Caractérisation de la réponse au stress chez une espèce invasive Drosophila suzukii
Résumé
Global changes accelerated by anthropogenic impact are responsible for multiple events of introductions of organisms into new geographical areas from which they were previously absent. The ability of certain species to survive, reproduce and disperse in these new environments raises the question of the mechanisms of adaptation of these invasive species. Indeed, in many cases, the invasion process begins with a small number propagules and thus a possible reduction in genetic variation in the population. Phenotypic plasticity should play a crucial role in the invasive success of a species and it is generally assumed that invasive populations should have greater plasticity than non-invasive populations. At the molecular level, the role of mechanisms related to transposable elements is increasingly proposed but few studies have been carried out in the invasive context. Furthermore, the role of heritable non-genetic mechanisms such as epigenetic modifications may also explain the ability to respond to different environments on a short time scale. Invasive species, therefore, offer the opportunity to study these rapid adaptation mechanisms. Through this PhD, we sought to describe the molecular mechanisms involved in the response to environmental stresses in a recent invasive species Drosophila suzukii. This species, native from Asia, was introduced concomitantly in 2008 in the United States and Europe; it is now present from the north to the south of the American continent, and in Europe, it is detected as far as Russia. The aim was to study the response to thermal and chemical stresses of diverse populations in native and invaded areas (U.S.A. and France) and then, to identify at the molecular level the mechanisms involved in these resistances. We therefore sought to characterise the transcriptome plasticity of the populations studied, taking into account the diversity in transposable elements and their consequence on genome stability. We observed that the populations showed differences in responses to the stresses studied, both the phenotypic and molecular levels. In contrast to native populations, French and American populations have a much longer lifespan and increased resistance to cold. However the response to chemical stress shows different profiles between France and the U.S.A. At the molecular level, we observed variability in the transcriptome expression, associated mainly with genotypes rather than with the environment, demonstrating a rapid genetic differentiation between genotypes that could reflect local adaptation despite the recent invasion. Contrary to what is suggested in the literature, stress does not induce increased expression of transposable elements in this species, but many genes, genotype-specific, show insertions in the vicinity of genes, offering candidates for local adaptation to the conditions in each country
Les changements globaux accélérés par l’impact anthropique sont responsables de multiples évènements d’introductions d’organismes dans de nouvelles aires géographiques dont ils étaient absents auparavant. La capacité de certaines espèces à survire, se reproduire et se disperser dans ces nouveaux environnements pose la question des mécanismes d’adaptation de ces espèces invasives. En effet, dans bien des cas, le processus d'invasion commence avec un petit nombre de propagules et donc une possible réduction de la variation génétique dans la population. La plasticité phénotypique devrait jouer un rôle crucial dans le succès invasif d’une espèce et il est généralement supposé que les populations invasives devraient avoir une plus grande plasticité que les populations non invasives. Au niveau moléculaire, le rôle des mécanismes liés aux éléments transposables sont de plus en plus proposés mais peu d’études ont été effectuées dans le contexte invasif. Par ailleurs, le rôle des mécanismes non-génétiques héritables comme les modifications épigénétiques peuvent aussi expliquer la capacité à répondre à différents environnements sur une échelle de temps courte. Les espèces invasives offrent donc la possibilité d’étudier ces mécanismes d’adaptations rapides. Au travers de ce doctorat, nous avons cherché à décrire les mécanismes moléculaires impliqués dans la réponse aux stress environnementaux chez une espèce récemment invasive Drosophila suzukii. Cette espèce originaire d’Asie, a été introduite en 2008 de façon concomitante aux États-Unis et en Europe ; elle est maintenant présente du nord au sud du continent américain, et en Europe elle est détectée jusqu’en Russie. L’objectif a été d’étudier la réponse aux stress thermique et chimique de diverses populations d’une aire native et des aire envahies (U.S.A et France), pour ensuite identifier au niveau moléculaire les mécanismes impliqués dans ces résistances. Nous avons donc cherché à caractériser la plasticité du transcriptome des populations étudiées, en tenant compte de la diversité en élément transposable et leur conséquence sur la stabilité génomique. Nous avons observé que les populations présentaient des différences dans les réponses vis à vis des stress étudiés, au niveau phénotypique comme moléculaire. Contrairement aux populations natives, les populations françaises et américaines présentent une espérance de vie beaucoup plus importante et une capacité de résistance au froid accrue. Cependant, la réponse au stress chimique montre des profils différents entre France et U.S.A. Nous avons observé au niveau moléculaire de la variabilité dans l’expression du transcriptome associée majoritairement aux génotypes plus qu’à l’environnement, démontrant une différentiation génétique rapide entre génotypes qui pourrait refléter de l’adaptation locale malgré l’invasion récente. Contrairement à ce qui est suggéré dans la littérature, le stress n’induit pas une expression accrue des éléments transposables chez cette espèce, mais de nombreux gènes, génotype spécifique, présentent des insertions au voisinage, offrant des candidats à l’adaptation locale dans chaque pays
Origine : Version validée par le jury (STAR)